一種計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電能計(jì)費(fèi)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì) 費(fèi)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有電力系統(tǒng)電能計(jì)量通常是通過(guò)電表進(jìn)行直接計(jì)費(fèi)，而隨著電力電子技術(shù)的發(fā) 展，采用開(kāi)關(guān)電源和頻率變換裝置的用電設(shè)備獲得廣泛應(yīng)用，配電系統(tǒng)中諧波源負(fù)荷的數(shù) 量和種類(lèi)也越來(lái)越多，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、緊湊型巧光燈、液晶電視機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等，使現(xiàn) 代電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。該些非線性負(fù)荷通過(guò)對(duì)功率的控制實(shí)現(xiàn)工業(yè) 節(jié)能，但同時(shí)會(huì)向電網(wǎng)注入大量諧波，使系統(tǒng)電壓、電流波形崎變，造成諧波污染，并產(chǎn)生附 加的諧波電能損耗，對(duì)現(xiàn)有功率整流系統(tǒng)的電能計(jì)量和節(jié)能造成不利影響。
[0003] 針對(duì)電力系統(tǒng)中非線性整流負(fù)荷的諧波功率及其方向的確定，已有研究基于單相 或=相整流電路，通過(guò)實(shí)際測(cè)試和分析比較指出，非線性元件將基波有功功率和無(wú)功功率 中的一部分轉(zhuǎn)換成諧波功率，分別向電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)傳送，但是研究中并未給出非線性負(fù) 荷諧波功率的解析式。在此基礎(chǔ)上，還有學(xué)者推導(dǎo)了非線性負(fù)荷的瞬時(shí)功率，給出了瞬時(shí)功 率交流分量中只含有3, 6, 9….次諧波，W及有功功率是瞬時(shí)功率直流分量的結(jié)論，但是推 導(dǎo)過(guò)程未考慮各次諧波間的禪合，不能真實(shí)有效地確定非線性負(fù)荷的諧波功率?？紤]到整 流負(fù)荷產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)將引起系統(tǒng)諧波功率發(fā)生變化，因此如何計(jì)算負(fù)荷的諧波電能 損耗，從而更準(zhǔn)確地對(duì)進(jìn)行電能計(jì)量成為目前亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明的目的在于；提供一種計(jì)及考慮負(fù) 荷的諧波電能損耗，計(jì)費(fèi)更準(zhǔn)確的電能計(jì)費(fèi)方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案；一種計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的 電能計(jì)費(fèi)方法，具體包括如下步驟：
[0006] 步驟1 ;確定單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗，具體如下：
[0007] S1 ;根據(jù)單相整流負(fù)荷的運(yùn)行特性和諧波產(chǎn)生機(jī)理，考慮交流電壓和電流各次諧 波分量之間的禪合關(guān)系，建立負(fù)荷頻域諧波解析模型；
[000引 S2 ;根據(jù)步驟S1構(gòu)建的負(fù)荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負(fù)荷端電壓諧波條 件，確定負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流；
[0009] S3 ;根據(jù)步驟S2獲取的負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流，基于功率理論得到負(fù)荷各次諧 波有功功率解析式和無(wú)功功率解析式；
[0010] S4;根據(jù)單相整流負(fù)荷的諧波功率特性，構(gòu)建計(jì)及諧波禪合的負(fù)荷諧波功率損耗 模型，根據(jù)該模型得到單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗；
[ocm] 步驟2 ;單相整流負(fù)荷的實(shí)際的電能用量為測(cè)得的單相整流負(fù)荷的電能用量減去 單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價(jià)得到單相整流負(fù)荷的實(shí)際電 費(fèi)。
[0012] 作為優(yōu)化，所述步驟SI中建立負(fù)荷頻域諧波解析模型為建立單相不控或單相相 控整流負(fù)荷頻域諧波解析模型，過(guò)程如下：
[0013] S21 ;將單相不控整流負(fù)荷用單相不控的橋式整流電路進(jìn)行等效；
[0014] 單相相控整流負(fù)荷用單相晶閩管可控的橋式整流電路進(jìn)行等效；
[0015] S22 ;通過(guò)步驟S21中所述的單相不控的橋式整流電路等效后的單相不控整流負(fù) 荷的交流電流呈間斷的脈沖狀波形，引入[a、5]表示半周波內(nèi)交流電流導(dǎo)通區(qū)間，其中 a、5分別為單相不控的橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通角和截止角；
[0016] S23 ;根據(jù)單相不控整流負(fù)荷的工作原理，建立[a、5 ]內(nèi)的電壓電流平衡方程， 經(jīng)傅立葉變換并整理成矩陣形式，構(gòu)建單相不控整流負(fù)荷頻域諧波解析模型，如式（1);
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，其特征在于，具體包括如下步驟： 步驟1 :確定單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗，具體如下： 51 :根據(jù)單相整流負(fù)荷的運(yùn)行特性和諧波產(chǎn)生機(jī)理，考慮交流電壓和電流各次諧波分 量之間的耦合關(guān)系，建立負(fù)荷頻域諧波解析模型； 52 :根據(jù)步驟S1構(gòu)建的負(fù)荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負(fù)荷端電壓諧波條件， 確定負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流； 53 :根據(jù)步驟S2獲取的負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流，基于功率理論得到負(fù)荷各次諧波有 功功率解析式和無(wú)功功率解析式； 54 :根據(jù)單相整流負(fù)荷的諧波功率特性，構(gòu)建計(jì)及諧波耦合的負(fù)荷諧波功率損耗模型， 根據(jù)該模型得到單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗； 步驟2 :單相整流負(fù)荷的實(shí)際的電能用量為測(cè)得的單相整流負(fù)荷的電能用量減去單相 整流負(fù)荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價(jià)得到單相整流負(fù)荷的實(shí)際電費(fèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，其特征在于，所述 步驟S1中建立負(fù)荷頻域諧波解析模型為建立單相不控或單相相控整流負(fù)荷頻域諧波解析 模型，過(guò)程如下： 521 :將單相不控整流負(fù)荷用單相不控的橋式整流電路進(jìn)行等效； 單相相控整流負(fù)荷用單相晶閘管可控的橋式整流電路進(jìn)行等效； 522 :通過(guò)步驟S21中所述的單相不控的橋式整流電路等效后的單相不控整流負(fù)荷的 交流電流呈間斷的脈沖狀波形，引入[a、S]表示半周波內(nèi)交流電流導(dǎo)通區(qū)間，其中a、S 分別為單相不控的橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通角和截止角； 523 :根據(jù)單相不控整流負(fù)荷的工作原理，建立[a、S]內(nèi)的電壓電流平衡方程，經(jīng)傅 立葉變換并整理成矩陣形式，構(gòu)建單相不控整流負(fù)荷頻域諧波解析模型，如式（1);
式中Ik為交流側(cè)諧波電流向量，Vh和分別為輸入諧波電壓及其共軛向量，Y+和Y+均為單相不控整流負(fù)荷輸入的諧波耦合導(dǎo)納矩陣，Y+的矩陣元素為的矩陣元素為 Kn：
其中，R、C分別為直流側(cè)負(fù)載電阻和電容，《表示基波角頻率，h，k= 1，3, 5…分別為 諧波電壓次數(shù)和諧波電流次數(shù)； 根據(jù)所述單相晶閘管可控的橋式整流電路，通過(guò)對(duì)直流負(fù)載進(jìn)行等效，并結(jié)合開(kāi)關(guān)函 數(shù)和調(diào)制理論，建立單相相控整流負(fù)荷頻域諧波解析模型，如式（2);
式中I'k為交流側(cè)諧波電流向量，vh和！^分別為輸入諧波電壓及其共軛向量，Y+'和 均為單相相控整流負(fù)荷輸入的諧波耦合導(dǎo)納矩陣，Y+'的矩陣元素為^，為矩陣Y+'的 第一列元素，r'的矩陣元素為
上式中妁為基波電壓相位，a'為晶閘管觸發(fā)角，R、L為直流側(cè)負(fù)載電阻和電感，
表示為直流側(cè)等效電阻，0n=arctan(n?L/R)為直流側(cè)等效相位。
3.如權(quán)利要求2所述的計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，其特征在于，所述 步驟S2中單相整流負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流的求解為單相不控或單相相控整流負(fù)荷交流 偵恪次諧波電流的求解，過(guò)程如下： 531 :設(shè)單相整流負(fù)荷的交流側(cè)端電壓為，
其中，Vh和仰分別為h次諧波電壓有效值和相位，H為設(shè)定的最高電壓諧波次數(shù)； 532 :通過(guò)式（1)、（la)、（lb)和（3)求出單相不控整流負(fù)荷的各次諧波電流Ik，如式 (lc)：
通過(guò)式（2)、（2a)、（2b)和（3)求出單相相控整流負(fù)荷的各次諧波電流Ik，如式（2c):
其中，'為基波電壓有效值。
4.如權(quán)利要求3所述的計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，其特征在于，所述 步驟S3中負(fù)荷各次諧波有功功率解析式為單相不控或單相相控整流負(fù)荷各次諧波有功率 解析式，所述負(fù)荷各次諧波無(wú)功功率解析式包括單相不控和單相相控整流負(fù)荷各次諧波無(wú) 功功率解析式，如下： 單相不控整流負(fù)荷各次諧波有功功率解析式和無(wú)功功率解析式分別如式（Id)和(le)：
其中，Vk和卿分別為k次諧波電壓有效值和相位，Pk表示單相不控整流負(fù)荷各次諧波 有功功率，Qk表示單相不控整流負(fù)荷各次諧波無(wú)功功率； 單相相控整流負(fù)荷各次諧波有功和無(wú)功功率解析式分別如式（2d)和（2e):
其中，Vk和卿分別為k次諧波電壓有效值和相位，Pk'表示單相相控整流負(fù)荷各次諧波 有功功率，Qk'表示單相相控整流負(fù)荷各次諧波無(wú)功功率。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，其特征在于，所述 步驟S4中計(jì)及諧波耦合的負(fù)荷諧波功率損耗模型計(jì)算單相不控或單相相控整流負(fù)荷諧波 電能損耗，如下： 式（If)表示單相不控整流負(fù)荷諧波功率損耗模型：
其中，P為單相不控整流負(fù)荷諧波有功功率損耗，Q為單相不控整流負(fù)荷諧波無(wú)功功率 損耗； 式（2f)表示單相相控整流負(fù)荷諧波功率損耗模型：
其中，P'為單相相控整流負(fù)荷諧波有功功率損耗，Q'為單相相控整流負(fù)荷諧波無(wú)功功 率損耗。 在計(jì)費(fèi)時(shí)間t內(nèi)，單相不控整流負(fù)荷的諧波電能損耗W為：
單相相控整流負(fù)荷的諧波電能損耗W'為
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種計(jì)及負(fù)荷的諧波電能損耗的電能計(jì)費(fèi)方法，包括如下步驟，步驟1：確定單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗，S1：建立負(fù)荷頻域諧波解析模型；S2：根據(jù)負(fù)荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負(fù)荷端電壓諧波條件，確定負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流；S3：基于單相整流負(fù)荷交流側(cè)各次諧波電流，得到負(fù)荷各次諧波有功功率解析式和無(wú)功功率解析式；S4：得到單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗；步驟2：?jiǎn)蜗嗾髫?fù)荷的實(shí)際的電能用量為測(cè)得的單相整流負(fù)荷的電能用量減去單相整流負(fù)荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價(jià)得到單相整流負(fù)荷的實(shí)際電費(fèi)。該方法考慮了負(fù)荷的諧波電能損耗，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)能夠準(zhǔn)確地對(duì)負(fù)荷所用電能進(jìn)行計(jì)費(fèi)。
【IPC分類(lèi)】G01R11-56, G01R11-54
【公開(kāi)號(hào)】CN104569528
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410828003
【發(fā)明人】張航, 魏長(zhǎng)明, 毛欣, 滕黎
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司永川供電分公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日